本文采用传统的高温熔融法在空气气氛中制备了无色透明的Ce3+激活硼锗酸盐闪烁玻璃, 该硼锗酸盐闪烁玻璃中GeO2和Gd2O3总含量为85%, 测得其密度在5.82 g/cm3左右, 且在450~800 nm线性透过率可达80%以上。加入少量的酒石酸(C4H6O6)作为强还原剂以减少Ce4+的产生, 研究了在不同酒石酸添加量下硼锗酸盐闪烁玻璃中Ce3+在340 nm激发波长下的荧光衰减特性, 确定了酒石酸的最佳添加量。此外, 硼锗酸盐闪烁玻璃鲜有光产额方面的报道, 本文测得制备的Ce3+激活硼锗酸盐闪烁玻璃的光产额为27 ph/MeV, 且该高密度Ce3+激活硼锗酸盐闪烁玻璃具有最短约14.40 ns的衰减时间。可以预见, 该高密度、快闪烁硼锗酸盐闪烁玻璃在高能物理和医学成像等领域有着巨大的发展潜力。

蓝光激光器在彩色激光显示、高密度光储存、海洋资源探测、水下通信以及生物科技等领域具有广泛的应用前景。目前较为成熟的Yb3+掺杂光纤激光器倍频后仅能获得~490 nm蓝绿光，因此如何得到接近450 nm的纯蓝光激光器是目前急需解决的问题。Nd3+:4F3/2→4I9/2能级跃迁产生的0.9 μm光经倍频后可获得~450 nm光，并可应用于蓝光激光器，但该跃迁产生的光所占荧光分支比较低。本文系统研究了1%(质量分数)Nd2O3掺杂50GeO2(20-x)PbO15BaO15ZnOxNb2O5(x%=0%,2.5%,5%,10%,15%，摩尔分数)玻璃的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命，计算了相应的JuddOfelt强度参数以及增益带宽。研究发现，Nb2O5的加入会使Nd3+在900 nm荧光峰的吸收截面、发射截面、有效线宽和荧光分支比增加。当Nb2O5浓度为10%（摩尔分数）时，JuddOfelt强度参数Ω2=5.91×10-20 cm2，光谱质量参数χ=1.01，荧光分支比为42.9%。综上所述，Nb2O5能提高Nd3+ 0.9 μm的荧光分支比，从而倍频获得纯蓝光(450 nm)，有利于蓝光激光器的发展及应用。

通过熔融淬火和后续热处理, 成功制备了Tb3+掺杂含LaF3纳米晶透明锗酸盐微晶玻璃。详细研究了所制备的玻璃和微晶玻璃的发光性质。X射线衍射结果表明, 玻璃基体中析出的晶相为纯LaF3晶体, 晶粒尺寸在16～21 nm之间。在377 nm紫外光和X射线激发下, Tb3+掺杂含LaF3纳米晶的微晶玻璃比Tb3+掺杂的锗酸盐玻璃表现出更强的绿光发射, 且绿光发射强度随热处理温度升高和时间的延长而增强。微晶玻璃在X射线激发下的最大积分发光强度约为商用闪烁晶体Bi4Ge3O12的40.3%。本研究表明, 掺Tb3+含LaF3纳米晶锗酸盐微晶玻璃在X射线探测中具有潜在的应用前景。

通过高温熔融淬冷法制备了Eu3+掺杂锗酸盐玻璃, 测试了393 nm光激发下不同Eu3+掺杂浓度锗酸盐玻璃的发光性质, 结果表明Eu3+的最佳掺杂浓度为4%。对4% Eu3+掺杂锗酸盐玻璃进行热处理得到Eu3+掺杂含CaF2纳米晶的透明锗酸盐微晶玻璃。微晶玻璃的XRD结果表明, 玻璃中析出相为纯的立方相CaF2, 不含其他杂相, 其晶粒尺寸约为13～19 nm。在393 nm紫外光激发下, 微晶玻璃的发光强度随着热处理温度与热处理时间的增加而显著增强。同时, 与基础玻璃相比, 微晶玻璃在X射线激发下红光也得到显著增强。结果表明, Eu3+掺杂含CaF2纳米晶锗酸盐微晶玻璃在X射线探测领域具有潜在的应用前景。

采用高温熔融法制备了Tm 3+离子单掺杂及Ho 3+/Yb 3+共掺杂的碲锗酸盐玻璃,并研究了其在2 μm波段的发光性能。在808 nm激光二极管泵浦下,在Tm 3+单掺杂的碲锗酸盐玻璃中获得了1.81 μm波长的荧光,荧光的半峰全宽达211 nm,发射截面为6.32×10 -21 cm 2。在980 nm激光二极管泵浦下,在Ho 3+/Yb 3+共掺杂的碲锗酸盐玻璃中获得了2.03 μm波长的荧光,荧光的最大半峰全宽为170 nm,发射截面为3.2×10 -21 cm 2。研究结果表明,稀土离子掺杂的碲锗酸盐玻璃不仅具有优良的物化性能,而且具有优良的中红外2 μm发光性能,在中红外超短脉冲激光玻璃光纤材料领域具有潜在的应用价值。

用高温熔融法制备了Tm₂O₃掺杂的55GeO₂-15PbO-5PbF₂-10BaO-10ZnO-5K₂O锗酸盐玻璃,测试了该玻璃的热稳定性和结构,得到其热稳定性参数大于180 ℃。通过红外光谱测试了该玻璃的羟基含量,得到羟基吸收系数小于0.51 cm ^-1。测试了不同Tm₂O₃掺杂浓度下样品的吸收光谱和荧光光谱。研究结果表明,随着Tm₂O₃质量分数的增加,Tm ³⁺之间的交叉弛豫速率增大。当Tm₂O₃的质量分数为5%时,1880 nm处的荧光强度最强, ³F₄到 ³H₆能级跃迁的峰值发射截面高达5.84×10 ^-21 cm ²。

采用传统高温熔融法制备了Bi/Yb3+共掺杂锗酸盐玻璃, 通过吸收光谱、近红外光谱和荧光衰减寿命测试, 研究了玻璃样品的近红外发光性质.研究结果表明, 玻璃样品在980 nm 或808 nm 激光激发下, 均能同时观察到Yb3+离子和Bi离子的近红外发光, Yb3+离子与Bi离子之间存在相互能量传递.随着Yb3+离子浓度的增加, 玻璃基质的光学碱度和Yb3+离子到 Bi 离子的能量传递效率均增加, 讨论了能量传递效率的提高对Bi离子发光的增强作用与光学碱度增加对Bi离子发光的削弱作用的竞争影响机制, 获得了Bi/Yb3+离子共掺杂锗酸盐玻璃的近红外发光的机理.

介绍了2.0 μm波段掺铥连续单频光纤激光器的实验研究进展，以实现单频光纤激光器的关键技术为主线，总结了不同腔结构掺铥单频光纤激光振荡器的研究现状与发展方向。基于种子源主振荡功率放大(MOPA)结构进行了单频激光器功率放大，介绍了高功率掺铥单频光纤MOPA激光器的国内外研究进展。此外，介绍了本课题组在高掺杂铥锗酸盐玻璃光纤制作,2.0 μm波段单频光纤激光振荡器构建,以及单频激光功率放大方面的部分研究工作。